Fizyka na tropie tajemnic dzieł sztuki

52593a1e28bad_o

„Dama z gronostajem” Leonardo da Vinci czy „Modlitwa Św. Franciszka” Caravaggia nie mają przed nami tajemnic? Nic bardziej mylnego, jak się okazuje nawet największe dzieła sztuki wciąż jeszcze pozostają do odkrycia. Z pomocą w tropieniu ich sekretów przychodzi fizyka.

 

Pierwszą i podstawowa kwestią, z jaką mierzą się konserwatorzy dzieł sztuki i muzealnicy, jest odpowiedź na pytanie, czy mają do czynienia z autentycznym obrazem danego malarza, czy też z prawie doskonałą kopią. Kolejna – co kryje się pod powierzchnią obrazu, być może inny, równie ciekawy? A także – jak wyglądały prace nad konkretnym dziełem? Czy były przeróbki, domalowania, jak wyglądał proces malowania? Z jakiego okresu pochodzi obraz? Pytań może być naprawdę wiele, jednak szukanie na nie odpowiedzi jest czasochłonne i angażujące finansowo, a w niektórych przypadkach wciąż niewykonalne. Dlatego w odszyfrowywaniu dzieł sztuki mają pomóc naukowcy z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie. Razem z Muzeum Narodowym w Krakowie, pracują nad nową metodą obrazowania rozkładu pierwiastków zawartych w pigmentach, tworzących dzieła sztuki. Najpierw jednak trzeba skonstruować specjalne urządzenie.

547764_m630

Prześwietlamy obraz

– Celem naszych działań jest identyfikacja pigmentów, które zostały użyte do malowania obrazu. Wierzchnia warstwa jest widoczna, natomiast spodnie warstwy są ukryte. Typowy problem, który interesuje historyków sztuki dotyczy tego, czy obraz został przemalowany, namalowany na innym obrazie, do tego oczywiście dochodzi sprawa fałszerstw – potwierdza prof. Władysław Dąbrowski z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

Pigmenty używane przez malarzy, mają charakterystyczny dla nich skład pierwiastkowy. Dzięki badaniom, które wzbudza i mierzy  promieniowanie fluorescencyjne o energiach specyficznych dla poszczególnych pierwiastków, naukowcy mogą je zobaczyć, a dzięki temu możemy dowiedzieć się, czy pod „Damą z gronostajem” znajduje się inny obraz.

– Widzimy wierzchnią warstwę, obrazu możemy ją bez problemu zbadać. To co poniżej niej, możemy zbadać metodami podczerwieni, tu się jednak kończą metody optyczne. Do tego co znajduje się najgłębiej musimy zastosować metodę fluorescencji rentgenowskiej. Naświetlamy obraz promieniowaniem rentgenowskim, dzięki czemu wzbudzane są fale o długościach charakterystycznych dla danych pierwiastków. Rentgenowskie promieniowanie jest przenikliwe, więc nasz obraz wychodzi spod zewnętrznej warstwy i możemy to zmierzyć naszymi detektorami, a na tej podstawie odtworzyć mapy, czy wręcz kolory obrazu, które są ukryte – mówi prof. Dąbrowski. – Sama technika nie jest nowa, jest znana i stosowana w innych dziedzinach m.in. do badań materiałów biologicznych czy geologicznych. W zastosowaniu do dzieł sztuki – a mogą to być obrazy, ceramika, rzeźby – także jest stosowana, obecnie ma jednak poważne ograniczenia – dodaje.

Czas to pieniądz

Naczelną zasadą, jaką kierują się historycy sztuki i konserwatorzy, jest jak najmniejsza ingerencja w obraz, a najlepiej żadna. Dlatego tak bardzo potrzebne są metody badań, które są zupełnie bezpieczne dla dzieł sztuki. Każde duże muzeum posiada wyspecjalizowane laboratorium, w którym przeprowadzane są prace nad zbiorami (paryski Luwr ma nawet w swoim laboratorium akcelerator cząstek). Metod jest wiele, m.in. analizy chemiczne, jednak żeby je wykonać, należy pobrać próbkę z obrazu, a to już jest poważna ingerencja w jego powierzchnię.

– Metody z zastosowaniem promieniowania rentgenowskiego są właściwie zupełnie nieniszczące, nieinwazyjne, nie dotykają obrazu – wyjaśnia prof. Dąbrowski. – Dawki promieniowania są tak niskie, że również nie wpływają na obraz. Techniki, które są do tej pory stosowane i urządzenia komercyjne, które są dostępne do tych celów, polegają z grubsza rzecz biorąc na tym, że wykorzystuje się skolimowaną wiązkę promieniowania, o średnicy około milimetra i punkt po punkcie skanuje się powierzchnię obrazu. Mierzymy wzbudzane promieniowanie z danego punku, a potem następny, kolejny, i tak dalej. W literaturze są doniesienia o tym, że taką metodą obrazy mierzony były przez tydzień, czy przez dziesięć dni.

W Muzeum Narodowym w Krakowie na przebadanie tą metodą czekać może nawet kilkaset dzieł sztuki. Przy tak długotrwałym badaniu jednego obrazu, oznaczałoby to, że całość kolekcji została by „prześwietlona” dopiero po kilku latach, przy czym potrzebne by było do tego zaangażowanie wielu osób, to zaś przekłada się nie tylko na długi czas pracy, ale i ogromne koszty. Naukowcy szukają więc lepszego rozwiązania.

– Nasza metoda opiera się na takiej samej zasadzie fizycznej, natomiast chcemy wykorzystać innego typu detektor, który został opracowany dla celów fizyki wysokich energii, czyli eksperymentów, które są prowadzone w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN. Jest to detektor pozycjoczuły. Ma on powierzchnię dziesięć na dziesięć centymetrów, czyli możemy nim mierzyć właśnie taki obszar. Takie wymiary nie są sztywnie ograniczone, detektora może być większy lub mniejszy, ale akurat detektor o takich wymiarach jest dość szeroko rozpowszechniony w środowisku fizyki wysokich energii i pasuje znakomicie do naszego zastosowania.  W każdym razie, daje on znakomite skrócenie czasu pomiaru, który zajmie już nie dni, ale godziny.

"Damê z gronostajem"

Kluczowe bezpieczeństwo

Jeśli więc chodzi o czas pracy, detektor naukowców z AGH jest z pewnością konkurencyjny wobec technologii, które już znajdują się na rynku. Jest jeszcze jednak kilka kwestii do rozwiązania. Jak mówi prof. Dąbrowski:

Nasz detektor ma swoje ograniczenia w postaci trochę gorszej energetycznej zdolności rozdzielczej, która potrzebna jest do tego, by rozróżnić dwa pierwiastki położone blisko siebie. Musimy tę kwestię ulepszyć. Kolejna sprawa, której początkowo nie doceniałem, to pewien bardzo praktyczny aspekt.  Nasi koledzy z muzeum uświadomili nam, że urządzenia komercyjne składają się m.in. z głowicy pomiarowej, która musi być w odległości kilku milimetrów od obrazu. Głowica się automatycznie przesuwa, jedna automatyka zawsze może zawieść, czego oni bardzo się obawiają. Nasze urządzenie mierzy stacjonarnie, z dużego obszaru, jest więc dużo bezpieczniejsze, co niewątpliwie podnosi atrakcyjność naszego produktu. Do tego, docelowo marzy nam się, by naszym urządzeniem można było zbadać obraz bez konieczności transportowania go do laboratorium. Transport jakichkolwiek obrazów to jest ogromny koszt i ryzyko. Są oczywiście takie pomiary wykonywane na synchrotronach, oparte na tej samej zasadzie, jednak wiąże się to z nieprawdopodobnym przedsięwzięciem logistycznym.

Projekt AGH przewidziany jest na trzy lata, więc jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, w tym okresie będzie można zacząć już pierwsze testy. Obecnie naukowcy już współpracują z muzealnikami. Ci przygotowali dla nich fantomy obrazów, na podstawie których badano skuteczność i możliwości promieniowania fluorescencyjnego. Fantomy były przygotowane zgodnie z historycznie używanymi pigmentami. Jak przyznaje prof. Dąbrowski, efekty tych eksperymentów były zadowalające. Co jednak ważne, nowa metoda jest tylko jedną z wielu, którą stosują konserwatorzy sztuki – dopiero zestaw metod daje nam pełną odpowiedź. Do tego poza wynikami, potrzebna jest także ich szczegółowa analiza.

– Istotne jest, jak nasze wyniki badań można połączyć z innymi – tłumaczy prof. Dąbrowski. – Choćby ze zwykłą radiografią, która także może być opcją w naszym urządzeniu. Ona mówi nam o tym, czy w danym obszarze mamy cięższe czy lżejsze pierwiastki, czy jest grubsza czy cieńsza warstwa. Nie daje jednak informacji o składzie chemicznym obrazu. To wszystko jest ważne do interpretacji, grubość warstwy determinuje ilość promieniowania, które dociera do naszego detektora. Szczegółowa interpretacja każdego obiektu wymaga indywidualnego podejścia, niewątpliwie jednak dołożenie nowej metody, ujawni do tej pory niewidoczne aspekty dzieł sztuki – dodaje.

Aneta Żukowska

admin

Komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *